Результаты эксперимента

h, мм	Uпр1, кВ	Uпр2, кВ	Uпр3, кВ	Uпр4, кВ	Uпр5, кВ	Uпр6, кВ	Uпр.ср.эфф, кВ	Uпр.ср.max, кВ	Emax, кВ/мм

Исследование электрической прочности твердой изоляции

Оценить влияние толщины твердого диэлектрика на его электрическую прочность. Образец тонкого полиэтилена поместить между вертикальными цилиндрическими электродами и определить его прочность, плавно повышая приложенное к нему напряжение. После этого определить электрическую прочность образца полиэтилена большей толщины. Данные занести в табл. 3.4.7. Сравнить эти показания и сделать вывод.

Т а б л и ц а 3.4.7

Результаты эксперимента

Название материала и количество слоев, n	Метод испытания	Толщина одного слоя d, м	Общая толщина слоев h, м	Uпр эфф, кВ	Uпр max, кВ	Eпр max, кВ/м	Место пробоя

Расчетные формулы

h = nd; ; .

Содержание отчета

- цель и краткое содержание работы;

- электрическая схема испытательной установки;

- результаты определения прочности воздушной изоляции в однородном и неоднородном электрических полях при разных расстояниях между электродами;

- графики E_{пр max} = f(h), построенные для воздушной изоляции в однородном и неоднородном полях;

- результаты испытаний жидкого диэлектрика;

- результаты испытаний твердых диэлектриков одно- и многослойных, пропитанных и непропитанных;

- графики E_{пр max} = f(h), для различных твердых диэлектриков.

- выводы по работе.

3.4.6. Защита подстанций от набегающих волн перенапряжения

Цель работы – определение мероприятий для защиты оборудования подстанций заданного класса напряжения от набегающих по линии волн атмосферных перенапряжения заданных параметров.

Основные теоретические положения

Приход волн по линии после поражения молнией может вызвать опасные перенапряжения, которые могут пробить главную изоляцию трансформаторов или реактора при большой амплитуде перенапряжений, а также их продольную изоляцию (междувитковую, междукатушечную или междуслоевую). При подходе волны перенапряжения к зажимам, например трансформатора, напряжение на них, вследствие большой крутизны фронта волны, очень быстро возрастает. Скорость этого процесса настолько велика, что из-за большой индуктивности обмотки трансформатора ток, создаваемый электрическим зарядом волны, сначала проходит не по виткам обмотки, а по её ёмкостной цепи. Поэтому в момент подхода волны трансформатор в целом действует как некоторая ёмкость, называемая входной. Процесс заряда ёмкостей цепи обмотки длится доли микросекунд. Этот процесс называется зарядом входной ёмкости, а устанавливающееся в результате его распределение потенциалов или напряжения вдоль обмотки – начальным распределением напряжения. В начале этого процесса напряжение падающей волны падает до нуля из-за входной ёмкости, а затем волна отражается и напряжение на зажимах возрастает до двукратного значения амплитуды подающей волны. В инженерной практике нашли распространение волновые методы расчетов переходных процессов в линиях. Они основываются на том, что переходный процесс в линиях без потерь можно представить в виде суммы падающих и отраженных волн. Использование вычислительных машин способствовало широкому использованию волновых методов, которые также претерпели корректировку в связи с учетом потерь в линиях и несимметрии линий, что вызывает протекание токов в земле. Появление высоких потенциалов на фазах линии вызывает коронирование проводов, что создает дополнительное искажение и деформацию бегущих волн, а сам процесс их распространения становится нелинейным. Кроме того, требуется учет работы ограничителей перенапряжений в сетях. Современные компьютеры позволяют учесть в расчетах в той или иной степени перечисленные факторы. На использовании свойств идеальной и неискажающей линии основаны метод бегущих волн и метод характеристик, составляющие основу методов расчета волновых процессов в линиях .

Метод бегущих волн, оперируя с мгновенными значениями токов и напряжений, нашел широкое применение в расчетах на компьютерах. При этом для упрощения программы расчета иногда заменяют включенную в узле на землю сосредоточенную емкость С отрезком разомкнутой на конце линии с волновым сопротивлением Z_эс и длиной l_c. Длину l_c для уменьшения погрешности желательно выбрать возможно короче и целесообразно принять равной

l_c = Δt · ν/2,

где Δt – расчетный интервал времени,

ν – скорость света (скорость электромагнитной волны).

Волновое сопротивление Z_эс выбирают из выражения

,

где Z_э – эквивалентное волновое сопротивление линий, сходящихся в узле с емкостью С.

В случае малости Δt можно воспользоваться выражением:

Z_эс ≈ Δt /2С.

Аналогично индуктивность L, включенная между проводом и землей, может быть заменена отрезком короткозамкнутой линии с волновым сопротивлением Z_эL и длиной l_L= t/2. При этом волновое сопротивление:

.

Преломленные волны напряжения (и тока) имеют тот же знак, что и падающие, а из отраженных волн одна сохраняет знак падающей волны, а другая имеет обратный знак.

Порядок выполнения работы

1. Расчетная схема подстанции

Наиболее неблагоприятным является тупиковый режим, когда на подстанцию приходит только одна линия электропередачи и в работе находится только один силовой трансформатор. Расчет перенапряжений на оборудовании начинается с составления эквивалентной схемы с использованием принципиальной схемы и плана подстанции. В этой схеме все оборудование заменяется соответствующими входными емкостями. Полученная таким образом схема замещения оказывается сложной даже для компьютерных расчетов, и поэтому на практике используют упрощенную эквивалентную схему, показанную на рис. 3.4.9. В этой схеме узловыми точками являются: 1 – линейный разъединитель, 2 – разветвление по ходу волны к трансформатору и защитному аппарату, 3 – силовой трансформатор и 4 – защитный аппарат. Форму набегающей волны также упрощают. Фронт волны принимают косоугольным до достижения максимального значения, которое в пределах расчетного времени не меняется.

Рис. 3.4.9. Окно для ввода параметров подстанции

2. Определение мероприятий для защиты оборудования подстанции от набегающих по линии волн напряжения заданных параметров

Определение мероприятий по защите оборудования подстанции от набегающих по линии волн осуществляется с помощью программы sapod4.exe. Программа размещена в директории \LAB. Перед ее запуском для обеспечения возможности вывода графики на принтер необходимо запустить программу graphics.com. После запуска программы, нажатия любой клавиши и далее клавиши Enter появляется окно (см. рис. 3.4.9).

В верхнем левом углу приведена расчетная схема, вверху справа от нее – параметры, под ними – подсказка их соответствия схеме и внизу слева – табло ввода новых параметров. Внизу в центре окна – клавиши: F1 – помощь, F2 – дальше и F10 – меню. Нажатие клавиши F1 поверх существующего на экране окна выводит дополнительное окно (рис. 3.4.10) с подсказкой, как можно изменить существующие в памяти машины параметры.

В программе sapod4.exe заведены параметры для подстанции класса напряжения 330 кВ. В данной лабораторной работе необходимо выработать мероприятия для защиты оборудования подстанций по указанию преподавателя для одного из классов напряжения 110, 220, 330 или 500 кВ. Поэтому вероятнее всего необходимо будет указанным на рис. 3.4.10 способом заменить параметры схемы на рис. 3.4.9 согласно табл. 3.4.8. Отказ от замены выбранного параметра может быть осуществлен нажатием клавиши Esc.

Рис. 3.4.10. Окно подсказки

После ввода данных следует нажать клавишу F2. Появляется окно (рис. 3.4.11) для изменения параметров вольт-амперной характеристики защитного аппарата. Согласно рис. 3.4.10 и табл. 3.4.9 заменяем параметры ВАХ защитного аппарата и нажимаем клавишу F2. Появляется окно замены параметров вольт-секундных характеристик силовых трансформаторов (рис. 3.4.12).

Т а б л и ц а 3.4.8

Усредненные параметры расчетной схемы

U, кВ	l1,2, м	l2,3, м	l2,4, м	Z1,2,Ом	Z2,3,Ом	Z2,4, Ом	Zл, Ом	С1, пФ	С2, пФ	С3, пФ
110	25	30	10	400	400	400	400	250	500	800
220	40	30	10	300	300	300	380	300	600	2000
330	60	40	15	320	320	320	310	400	700	3000
500	80	50	20	270	270	270	290	500	800	4200

Рис. 3.4.11. Окно изменения параметров ВАХ защитного аппарата

Т а б л и ц а 3.4.9

Параметры ВАХ защитных аппаратов

U, кВ	l1, кА	U1, кВ	l2, кА	U2, кВ	l3, кА	U3, кВ	Uпр, кВ
Разрядник РВС
110	1	250	3	320	10 (5)	370 (330)	285
220	1	450	3	600	10 (5)	730 (679)	530
330	-	-	-	-	-	-	-
500	-	-	-	-	-	-	-
Разрядник РВМГ
110	1	224	3	270	10	313	265
220	1	350	3	460	10	590	400
330	1	500	3	650	10	770	600
500	1	750	3	950	10	1080	1130
ОПН
110	3	230	5	250	10	280	0,1
220	3	430	5	460	10	500	0,1
330	3	620	5	650	10	700	0,1
500	3	825	5	860	10	920	0,1

Примечание. В ОПН пробивных напряжений нет, так как нет искровых промежутков. Пробивное напряжение 0,1 кВ необходимо ввести только потому, что иначе не работает программа.

Рис. 3.4.12. Окно изменения ВСХ трансформаторов

Для изменения параметров ВСХ трансформаторов воспользуемся табл. 3.4.10.

Т а б л и ц а 3.4.10